04 사물인터넷 표준화 동향

04 사물인터넷 표준화 동향

사물인터넷과 관련하여 기술의 표준화는 꼭 필요한 것일까요? 우리나라 정보통신 기술의 국제 표준화를 위해 뛰고 있는 한국정보통신기술협회(TTA)의 위규진 표준화 본부장을 만나 이야기를 들어보았습니다.‘국제 표준화’란 무엇인가요?

우리는 세상을 살아가며 많은 물건을 사용하게 됩니다. 과거 조선 시대에는 서양에서 쓰던 물건과 조선에서 쓰던 물건이 달랐지만, 현대사회에서는 프랑스에서 쓰는 스마트 폰이나  한국에서 쓰는 스마트 폰이 똑같은 것처럼  대부분의 물건이 똑같습니다. 국경을 뛰어넘어 전 세계인들이 불편 없이 문명 생활을 누릴 수 있도록 하는 것이 '국제 표준화'입니다. 저는 이 중에서도 IT(정보통신) 분야의 표준화를 담당하고 있습니다.

국제 표준화는 이미 우리 삶 속에 깊이 자리하고 있습니다. 과거에는 해외에서 이동통신을 이용하려면 공항에서  해당 국가에 맞는 단말기를 빌려야 했습니다. 그러나 요즘은 아니지요. 한국에서 쓰던 본인의 단말기를 그대로 갖고 나가서 똑같이 쓰면 됩니다. 와이파이도 미국 와이파이 따로, 일본 와이파이 따로 있는 게 아니지요.  전력, 통신, 방송등 IT 분야는 물론 심지어 냄비 뚜껑 크기도 국제 표준 규격이 있습니다.

통신 부분을 살펴보면, IMT-2000이라 불리 우는 스마트폰 통신기술 덕택에 우리는 전 세계 어디서나 자신의 단말기로통신을 즐길 수 있습니다. 전 세계가 이 기술로 통합되었고, 이 기술이 국제 표준이 되었기 때문이죠. 이 서비스는 2000년대 초반 시작되었습니다. 그러나 표준화 준비는 1985년으로 거슬러 올라갑니다. 이때부터 논의를 시작해 1992년 구체적인 서비스 방안에 대해 논의한 후 2000년대 초반 서비스가 개시된 것이니 무려 15년 만이죠. 그 동안 각 국가의 주도권 확보를 위한 치열한 경쟁이 벌어졌었습니다. 이처럼 국제 표준화는 많은 국가들의 이해관계를 조율해야 하기에 인내가 필요합니다.

기순 표준화 동향

1. 표준화 동향

기술 표준화 동향

기술 표준화 동향에 대해 알아보겠습니다.

표준화 동향은 IoT, 즉 사물인터넷 관련 표준화 동향, USN/M2M 관련 표준화 동향으로 나눌 수 있는데, IoT 관련 표준화 동향에는 ITU-T IoT-GSI, ITU-T JCA-IoT, ISO/IEC JTC 1,IETF IoT가 있습니다.

ITU-T IoT-GSI는 Internet of Things Global Standards Initiative의 약자로, 2011년 5월부터 시작되었습니다.

2014년까지 총 8회의 미팅이 진행되었고, 글로벌 규모의 IoT 시스템 기술표준을 제정하였습니다. 글로벌 규모의 사물인터넷 시스템 기술 표준을 제정할 뿐 아니라, 개념, 네트워크, 인프라, 필수 용어, 사물인터넷의 범위와 응용 및 서비스, 네트워크와 디바이스, 보안 등을 다루고 있습니다.

ITU-T JCA-IoT는 Joint Coordination Activity on Internet of Things의 약자로, Generic reference model architecture와IoT standards roadmap을 정의하였고, NID 즉, Network ID System의 terms and definitions와 USN terms and Definitions를정의하였습니다.

ISO/IEC JTC 1에서는 2012년 11월 JTC1 산하 사물인터넷 특별작업반(SWG on IoT)이 설립되었고, 사물인터넷(IoT) 관련 시장 요구사항과 표준간의 간격(Gap)을 분석하고, JTC1에 의해서 제정된 사물인터넷(IoT)을 표준 민/관/산학으로 확대되었습니다.

IETF IoT는 모든 사물을 인터넷 프로토콜 기반으로 연결하고 다양한 지능형 서비스를 제공하기 위해 필요한 기술적 요구사항에 대해 표준화를 진행합니다. 대표적인 것으로 6LoWPAN, ROLL, Core, Lwig 등이 진행중입니다. 6LoWPAN 워킹그룹은 2005년 3월 개설되어, IEEE 802.15.4 기반의 센서 네트워크상에서 IPv6 패킷 통신을 지원하기 위한 표준 기술을 개발하였습니다.

저전력, 저가, 저기능, 저속의 제한된 환경을 고려하여 2개의 RFC를 발간하였으며, IPv6패킷 압축을 향상시키고, IPv6 ND를

최적화, 라우팅 요구사항이나 응용 설계 지침 등의 표준 초안 작업을 수행중입니다. ROLL 워킹 그룹은 2008년 3월 개설되었으며, 저전력 저손실 네트워크에 연결된 다양한 장비들의 IPv6 기반 라우팅 프로토콜 표준 기술을 개발하고 있습니다. Core 워킹 그룹은 센서 네트워크와 같은 제한된 IP 네트워크 환경에서 자원을 이용하는 응용 프레임 즉, 인터페이스나 요구사항들 등의 표준화를 수행하며, 장비의 자원을 조작할 수 있는 CoAP (Constrained Application Protocol)표준 초안 작업 중입니다. Lwig 워킹그룹에서는, 빌딩, 차량, 장비 등의 다양한 객체 상의 디바이스들은 통신 기능을 제공하기 위해 IP 기능을 탑재하게 되는데, 이와 같은 제한된 네트워크 환경에서 사용되는 IP-capable 디바이스들의 상호동작을 위한 구현 요구사항을 표준화하고 있습니다.

다음으로 USN/M2M 관련 표준화 동향에 대해 알아보겠습니다. USN/M2M 관련 표준화 동향은 oneM2M, TTA, ETSI TC M2M, 3GPP MTC가 있습니다.

oneM2M는 M2M 서비스 플랫폼 표준화를 위해서 세계 지역별 대표 표준화 기관이 공동으로 설립한 표준화 기구로서 M2M 아키텍처, 프로토콜, 보안 등 표준화를 진행합니다. 2014년 7월 릴리즈원을 목표로 다섯 개의 워킹그룹에서 표준화  작업을 진행 중이며, 그 내용은 다음과 같습니다.

워킹그룹 1에서는 유즈케이스 및 Requirement를 정의하고, 워킹그룹

2에서는 M2M 아키텍쳐를 정의합니다. 워킹그룹 3은 프로토콜을, 워킹그룹 4는 세큐리티를, 워킹그룹5에서는

매니지먼트와 시맨틱스를 다루고 있습니다.

TTA, 즉 한국정보통신기술협회는 전파통신기술위원회, RFID/USN PG, 이동통신기술위원회(TC7), 사물지능통신 PG에서 관련 표준화를 진행하고 있습니다. RFID/USN Air Interface, PHY/MAC, 네트워킹, 미들웨어 기술을 다루며, 사물지능통신 구조 및 참조 모델, 서비스 요구사항, 이동통신망 기반 M2M 뿐 아니라 플랫폼 간 인터페이스, M2M 식별체계 및 네이밍과 보안 문제까지 다루고 있습니다.

ETSI TC M2M은 M2M 서비스 제공자에서 사용자까지 전 영역(End-to-End)의 표준화를 진행합니다. 특히 M2M 서비스의 요구사항, End-to-End M2M 아키텍처, M2M 인터페이스, 다양한 M2M 어플리케이션을 위한 유즈케이스 등을 정의하는 데에서 시작합니다.

3GPP MTC는 이동통신 관련 단체들 간의 공동 연구 프로젝트로, 1998년 12월에 개설되었으며 이 프로젝트에는

유럽전기통신표준협회(ETSI), 일본전파산업협회(ARIB), 일본통신기술협회(TTC), 중국통신표준협회(CCSA),

미국통신사업자연합(ATIS)과 한국정보통신기술협회(TTA)가 참여하고 있습니다. 이들은 이동통신 기반의 M2M 서비스 실현 가능성 연구 및 네트워크 기술표준화를 진행 중입니다. 이에 따라 MTC 서비스 요구사항을 정의하고 3GPP 시스템의M2M 가능성 분석, MTC 서비스를 위한 3GPP 시스템 개선 구조를 정의 하였으며, 가입자를 위한 M2M 보안 및 위험 요소를 분석하는 등의 작업을 진행중입니다.

2. 표준화 단체

M2M/IoT 관련 표준화 단체는 어떤 것들이 있을까요? 전 세계적으로 사물인터넷 관련한 다양한 정책과 표준화가 추진되고 있습니다. 대표적으로 유럽연합의 ETSI나 3GPP, 3GPP2에서는 사물통신을 표준화합니다. 3GPP와 3GPP2는 이동통신 사업자를 중심으로 이동 통신망 기반의 기술 및 표준을 개발하고 있습니다. 유럽연합은 2008년에 시작한 FP7 프로젝트를 통하여 사물인터넷 관련 연구에 투자를 진행하고 있습니다. 미국은 국가정보위원회(NIC)를 통해 2025년까지 다양한 분야에서 미국의 국가 경쟁력에 영향을 미칠 잠재력을 가진 6대 기술에 사물인터넷을 선정하여 기술 개발 및 표준화를 추진 중입니다.

오늘의 핫 이슈! 오늘의 핫 이슈는 사물인터넷의 표준화를 진행하고 있는 단체들입니다. 먼저, IETF는 사물인터넷에서 사용할 통신 프로토콜들에 대한 표준화를 진행하고 있고, 6LoWPAN, CoAP가 대표적인 것들입니다. IETF는 기존의 인터넷 표준을 확장하거나 호환되게 하는 형태로 표준화를 진행하고 있습니다.

W3C는 웹컨소시엄에서 기존의 자신들의 표준을 확장하는 형태로 나아갈 것이라고 발표하였습니다. WoT 및 센서웹에 대한 표준화를 시맨틱 정보를 이용한 의미 기반의 센서 웹을 운용할 수 있는 방식으로 진행중이며, 특히 다양한 디바이스를 보다 효율적으로 표현할 수 있는 XML 스키마 기술을 표준화하고 있습니다.

사물통신(M2M)의 표준을 개발하던 단체 역시 사물인터넷으로 표준을 확장하고 있습니다

oneM2M은M2M/IoT 글로벌 서비스 계층 표준을 제정하기 위해 관련된 전 영역(End-to-End)의 표준화 진행하고 있습니다. 대부분의 단체에서 그렇듯 새로운 형태를 발명하기보다는 기존의 표준을 확장, 진화시키는데 주력하는 모습입니다.

ETSI 스마트 M2M은 M2M과 관련된 유럽 내의 여러 표준들을 진행하는 단체로, 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 그리드 등을 중점적으로 표준을 개발하고 있습니다. 특히 EC, 유럽공동체에서는 스마트 M2M에서 제안하는 표준 온톨로지를 의무화할 계획까지 갖고 있습니다.

TTA STC1은 국내의 사물인터넷 특별기술위원회로 IoT/M2M/WoT와 관련된 표준화를 진행하고 있습니다. 사물인터넷 융합 서비스, 사물인터넷 네트워킹, oneM2M에 대응하는 기술까지 연구 중입니다. 이처럼 다양한 형태의 표준화 기관들이 사물인터넷 관련 표준을 활발하게 만들고 있습니다.

유럽연합의 FP7의 사물인터넷 아키텍처는 표준화의 모범입니다. 유럽의 많은 기업과 대학들이 참여하였습니다.

표준화 대상

1. 참고 모델(1)

표준화 대상

표준화 대상의 참고 모델을 살펴보겠습니다. IoT-A는 기존의 기술들이 통일된 개념 없이 동떨어진 기술의 섬들로 되어 있는 것을 인트라넷오브씽(Intranet of things)라고 규정합니다. 엔에프씨(NFC), 센서 네트워크, 액추에이션 네트워크, 그 밖의 IP, 블루투스, 엔터테인먼트 네트워크, IP6lowPAN, 홈앤 헬스 디바이스, ISO14443 등 여러 가지 기술이 각기 독립된 형태로존재하고 있습니다. 이들 각각의 기술은 뛰어나지만 서로 긴밀한 연관성을 가지고 있지는 못한 상태입니다.

이러한 섬들을 통일된 개념을 가진 하나의 사물인터넷 기술 표준 대륙을 만들자는 것이 표준화의 목표입니다. 가운데 사물인터넷 표준 기어를 중심으로 기존의 기술들이 주변 키로 되는 다음의 그림으로 형상화됩니다. 새로운 표준을 만들기 보다는 기존의 표준들을 잘 조합하는 것으로 실행 가능한 사용 사례들을 개발하고 시장의 요구 조건을 정의하는 것이 표준화 방법으로 제시되고 있습니다.

표준화의 참고 모델을 살펴보도록 하겠습니다. 참고 모델은 표준을 이해하는데 중요한 역할을 합니다. 이 표준에서는도메인 모델로 가상 개체(virtual entities), 장치(Device), 응용(Application), 사물인터넷 서비스(IoT Service)를 각각 하나의 기능그룹(FG)으로 정의하고 있습니다. 통신(Communication)기술을 하나의 기능그룹으로 정의하고, 시장이나 사용자 입장의 요구조건을 표현하기 위하여 사물인터넷 비즈니스 프로세스 매니지먼트와 서비스 오가니제이션 기능그룹(FG)을 정의했습니다. 통신, 서비스, 가상 개체, 비즈니스 프로세스 등의 기능 그룹은 기능적 개념과 인터페이스를 제공하며 계층적구조를 가지고 있습니다.

이 7개의 기능그룹(FG)로 통일적인 표준을 구성하는 것입니다.

이들 7개 기능그룹에 2개의 그룹이 연결되어 총 9개의 기능그룹으로 구성됩니다. 그 중 한 가지는 관리, 즉 매니지먼트 그룹이고, 다른 한 가지는 사생활 침해나 보안과 관련된 보안, 세큐리티 기능그룹을 정의합니다. 이 참고 모델은 사물인터넷시스템의 상호 연동성을 위하여 존재하며, 인터페이스, 프로토콜, 알고리즘의 기술적인 디자인에 대하여 가이드라인 원리를설명하고, 이해에 도움을 줍니다. 이런 모델은 사물인터넷 시스템을 구현하기 위하여 기능그룹으로 세분화하고 표준화하는것이며, 실제 생활에 사용될 사례의 구현을 가능하게 합니다.

모델의 세부사항에 대해 알아보겠습니다. 각 기능들을 세분화하면 문제를 작고 다루기 쉽게 되는데, 이런 작은 부분들을기능그룹으로 하여 기능그룹 자체의 이해를 돕고 다른 기능그룹과의 관계를 정의하는 것입니다. 자세히 살펴보면, 사물인터넷 비즈니스 프로세스 매니지먼트 그룹에서는 비즈니스 모델링, 비즈니스 프로세스 집행을 진행하며, 가상개체 그룹에서는 VE Resolution, VE & 사물인터넷 서비스 모니터링, VE 서비스를 제공합니다. 사물인터넷 서비스 그룹에서는 사물인터넷 서비스와, 관련된 Resolution을 제공하며, 서비스 오가니제이션 그룹에서는 서비스 구성, 서비스 통합 조정을합니다. 통신 그룹에서는 게이트웨이, 라우팅과 어드레싱, Energy Optimisation, Qos, 플로우 컨트롤과 Reliability,

에러 디텍션과 컬렉션을 다룹니다.

관리 그룹에서는 Qos 관리자, 장치 관리자를 다루며, 보안 그룹에서는 허가, 키 교환 및 관리, 신뢰와 평판, 개인정보 관리, 인증 등을 다룹니다.  

기능그룹들은 워킹파트와 대응되어 워킹파트(WP)가 관련된 표준을 진행합니다. 워킹파트는 표준화를 담당하는 조직의 구조로 워킹파트1은 참조모델을 관리하고 워킹파트2는 서비스 계층을 워킹파트3은 통신 프로토콜을 관리합니다. 워킹파트4는 서비스와 장치를 찾거나 구분하는 것을 담당하고 있으며, 워킹파트5는 사물인터넷 플랫폼의 구조를 관리하고, 워킹파트6은 요구조건, 검증, 이해당사자간 조율을 맡고 있습니다. 워킹파트7은 사용 예를 관리하고, 워킹파트8에서는 표준 보급을, 워킹파트9에서는 표준화 조직의 관리의 역할을 합니다.

참고 모델이 어떻게 동작하는지 살펴보겠습니다. 센서 디바이스가 데이터를 생성하면 인터페이스를 통하여 상위 통신 계층으로 센서 가치가 전달되며, 통신계층의 플로우 컨트롤 & Reliability 파트에서 사물인터넷 서비스 계층으로 전달됩니다. 전달된 센서 데이터의 정보는 다시 가상 개체 계층의 VE 서비스에서 특성을 분석하여 응용계층의 개별 사용자들에게 알립니다.

이 계층 구조는 문제를 세부문제로 분산하고, 응용 측면에서는 하위 계층의 자세한 내용을 감추어 응용에 집중할 수 있게 해줍니다. 예를 들어, 통신 프로토콜 계층은 센서 디바이스가 메시지 전송을 정확하게 하는 역할을 하며, 구현 관련 정보를 인터페이스로 추상화합니다. 상위의 서비스 계층은 통신 계층의 구현보다는 인터페이스에만 집중함으로써 자유도를 높입니다. 각각의 계층은 이런 하위 계층의 인터페이스와 자신의 역할에 집중하여 문제를 해결하는 것입니다.

2. 참고 모델 (2)

다음은 가상개체, 즉, 버츄어 엔티티의 기능그룹을 표현한 그림입니다. 게이트웨이, 응용노드, 컨트롤 포인트,

데이터 싱크, 데이터 프로세서, 액추에이터와 센서, 디바이스 등이 연결된 모습을 볼 수 있습니다. 응용의 관점에서 개별 디바이스보다는 게이트웨이나, 데이터 싱크, 컨트롤 포인트 같은 가상개체를 다루어 추상화하는 역할을 가상개체 기능 그룹이 담당합니다. 하드웨어 디바이스에서 추상화된 소프트웨어를 개체화하여 프로그램 가능한 사물을 구현하는 것입니다.

게이트웨이에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 기존의 인터넷 모델이 게이트웨이를 통해 네트워크와 인터넷, 다시 네트워크로 연결되었다면, 사물인터넷의 통신 모델은 센서 네트워크와 같은 자원의 제한이 많은 네트워크와 기존 인터넷과 같은 제한 사항이 없는 네트워크를 연결하는 게이트웨이로 표현됩니다.

사물인터넷 단말에서 좋은 출발점은 게이트웨이(Gateway)입니다. 응용, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터 링크, 물리 등 계층으로 된 참조 모델은 기존의 인터넷 표준입니다. 그리고 새로운 사물인터넷 표준 스택이 있습니다. 이러한 기존의 인터넷 표준과 새로운 사물인터넷 표준 스택을 연결하여 주는 장치가 사물인터넷 게이트웨이가 되는 것입니다.

다음은 계층구조로 세부 계층의 내용을 볼 수 있습니다. HTTP는 인터넷 전송 프로토콜의 표준이고, 사물통신 스택(M2M)은사물인터넷 표준을 의미합니다. 사물인터넷 표준은 MQTT나 COAP 같은 사물 인터넷 전송 프로토콜 등이 제시되고 있습니다.

7계층 참고 모델의 구조를 기본으로 변형을 조금 하는 형태를 취합니다. 사물인터넷은 자원의 제한이 많은 무선 센서 네트워크가 종단에 연결되므로 기존의 인터넷과 자원 제한이 있는 사물인터넷을 연결하는 게이트웨이를 사물인터넷 게이트웨이(IoT Gateway)라고 합니다.

3. 참고 아키텍처, 가이드 라인

참고 아키텍처를 살펴보도록 하겠습니다. 아키텍처는 기본 빌딩 블럭과 요구 조건을 충족하는 설계, 즉, 해결책을 표현합니다. 가이드라인은 이런 해결책을 구체적으로 설명합니다. 제시된 그림은 기술을 표현하기 위하여 시나리오를 이해하여 모델과 요구조건을 정의하고 요구조건과 모델을 통하여 구조를 하며, 가이드라인과 정의 구조에서 구체적인

구조를 정의한다는 개념을 도식한 것입니다. 비즈니스 시나리오는 참조모델을 이해하고, 참조모델은 참고 아키텍처를 가이드 합니다. 비즈니스 시나리오는 응용에 대한 요구 조건을 정의합니다. 시나리오와 요구조건, 모델, 아키텍처의 개념들이 공통된 언어로 이해되는 것이 중요합니다.

추상적인 개념으로서 응용 독립적인 모델을 가이드라인으로 플랫폼 독립적인 모델로 구체화합니다. 구체화된 모델은 다시 엔지니어링을 통하여 목표 플랫폼으로 구현됩니다.

표준화 방법

표준화 방법

표준화 방법을 알아보겠습니다. 표준적인 언어를 사용하면 각각의 단계에서 통합적인 논의가 가능해집니다. 따라서 추상적인 개념화에서 실제 운영이나 적용까지 고려하여 빠른 표준화를 진행할 수 있게 됩니다. 모델링 전문가는 개념적 도메인 모델을 만듭니다. 구조설계자는 이러한 모델을 기반으로 기능적 구조를 설계합니다. 마지막으로 운영전문가는 표준을 배포하고 적용합니다.  

그리고 배포와 운영(Deployment & Operation) 측면에서 고려하여 할 사항이 많습니다. 서브 네트워크는 어떻게 구성할 것인가? 게이트웨이와 프록시는 어떤 것을 어떻게 배치할 것인가? IPv6는 적용할 것인가? 등을 고려해야 합니다. 센서 네트워크는 어떤 것을 어떻게 구성할 것인가? 서비스와 요구조건은 어떻게 맵핑 할 것인가? 코어망은 어떤 것을 어떻게 연결할 것인가? 등도 함께 고려하도록 합니다.